一种永磁电动装置和含有该装置的电动车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动车及其电源动力设计领域，特别涉及一种电动装置的机械设计及其驱动和制动的时序电流设计方法以及电动车的增程方法。
【背景技术】
[0002]目前电动自行车市场通常是配用安装在轮轴上的电动机，电动机设计为外转子形式，外转子通过辐条与车轮的轮圈机械固连，通过电动机转矩使车轮旋转。电动汽车业热点是开发乘用车轮毂电机，又称车轮内装电机，行业专家普遍认为，由于目前轮毂电机的部件重量远远超出轮毂本体(一般包括轮毂电机、刹车盘、刹车卡钳、主动悬挂电机、悬架、减震弹簧等)，其技术意义很有限；仅以单位体积的功率密度一项指标衡量，现有电动机远远达不到轮毂内装电机的一般设计要求。
[0003]图1是一种传统4极永磁有刷直流内转子电机的结构示意图，永磁体13磁极沿定体5的内缘N/S交替对称排布、相距一定间隔14，若干绕组设置在转体6与永磁体相对的环形区域内，外供直流电通过机械接触式换向装置给绕组通电，即可在内部形成旋转磁场而使转体旋转，通过转轴输出动力。
[0004]永磁无刷直流电机在近年获得了迅猛发展，其主要由电机本体、位置检测器和电源逆变控制器组成，永磁体一般设置在转体上、N/S磁极交替相距一定间隙排布，若干绕组设置在定体内，位置检测器和逆变器一起构成电子换向器取代机械接触式换向装置，绕组通电形成旋转磁场而使转体旋转。控制方面普遍采用了 PWQ技术，这种永磁无刷直流电机的主要问题是正弦波变形的近似度控制，其动力供电虽然采用PWQ技术调制，但在控制思想方法上受限于电动机内部的传统设计。
[0005]续行里程短是现阶段电动车的软肋，行业普遍认为在高能量电池进入商用前，靠增加电池数量提升电动车的续行里程不现实，因此目前汽车市场主流是发展油、电双源混合车，其设计思想为:当汽车起步或低速时使用电动机的动力，汽车达到某个速度阀值时变换为使用内燃机的动力，从而降低汽车在起步或低速时因燃油在内燃机燃烧不完全引起的排气污染；其技术基础结构特征为:燃料箱给内燃发动机系统提供燃料输出动力；在此传统设计基础上并行增加一套电连接电池组的电动机系统，电动机由电池组提供电能输出动力；两路动力通过油、电动力转换装置共用机械传动系统，将内燃机或电动机的动力传递到轮毂上，这类双源动力的设计可称之为油、电动力并行系统，其明显缺点为制造成本高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的，在于克服现有电动车用直流电动机的内部结构的缺陷，提供一种内部有别于传统设计的结构，同时通过电源调制器将直流电改变为一种非通电方向交替变换的时序电流供电方案，结构简单，转矩大，工艺容易实现。
[0007]本实用新型提供的一种电动车的永磁电动装置，所述电动装置包括电源调制器1、驱动操控装置9a、定体5和转体6 ;所述转体为一个具有转动轴的环形机械圈，其上间隔设置至少4个永磁体转子单元3b，且所有转子单元3b环绕转体设置的磁极方向相同；所述定体为一个具有固定轴的机械圆盘，其上至少设置一个定子单元3a并安装在靠近转体的位置，定子单元与转子单元的周期性相对气隙3d不大于40mm ;所述定体与所述转体同轴7设置；
[0008]所述电源调制器I包括电源输入端la、时序电流输出端Ib和驱动信号输入端ld，电源输入端电连接电池组8的正负极，时序电流输出端电连接定子单元的内部绕组，驱动信号输入端电连接驱动操控装置9a ;所述电源调制器对定子单元3a内部绕组供电使定子单元所形成的电磁极方向，设置为与所述转子单元3b运动相向的磁极相反；电源调制器通过驱动操控装置获取用户的指令并相应输出时序电流，使电动装置实现驱动。
[0009]优选的，所述电源调制器的额定功率不超过22kW。
[0010]所述定子单元3a/转子单元3b可在相对定体5/转体6的部位互为置换设计，配合相关装置设计也可取得电动效果。
[0011]优选的，所述转体6外部加装减速/变矩装置2，所述减速/变矩装置包括若干齿轮组合，其传动输入端与转体机械固连，传动输出端与电动装置外部的旋转装置机械固连；减速/变矩装置独立设置，或与转体一体化同轴7设置于转体的外部。
[0012]所述转子单元3b设置于转体6上包括嵌合于转体的外缘、内缘、转体内部或与转体一体化设计制造，在不影响安装于转体的前提下不限形状；转子单元在转体上的设置方式，包括N/S两极连线与转体的同轴法线10重合/垂直4种典型组合状态，以及在4种典型组合状态基础上N/S两极连线偏转不超过15度；若干转子单元在转体间隔安装时优选均匀排布。转子单元的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，其自身固有磁性且磁极方向不因外部磁场而改变。
[0013]优选的，所述定子单元3a由至少一组良导线环绕磁介质材料的磁芯组成，其内部线圈绕组可任意串联、并联连接，或通过不同绕组之间引出中间抽头组成多线外接回路；对外电连接的方式可以为两线或多线构成的回路。
[0014]所述定子单元设置于定体5上，以及若干个定子单元绕芯排布组合、绕组串联或并联连接，遵循电磁极方向与转子单元3b运动相向磁极相反的基本原则，以内部绕组通电的磁通量获得穿过气隙3d最大值为优选；定子单元在定体上的设置，包括内部绕组通电形成的电磁极两极连线12与车轮的法线10垂直/重合4种典型组合状态，包括电磁极的两极连线12偏转不超过15度角。
[0015]优选的，所述电动装置还包括传感装置，所述传感装置包括若干能感应所述转子单元与定子单元相对位置的传感单元3c ;所述传感单元与所述电源调制器的传感信号输入端Ic电连接；所述电动装置至少在转体的内部或外部设置一传感单元；
[0016]优选的，所述传感装置包括定子单元的内部绕组，所述内部绕组包括环绕定子单元磁芯的绕组以及由若干定子单元绕组串联而成的多线外接回路。
[0017]优选的，所述电动装置还包括电磁制动装置％，所述电源调制器I还包括制动信号输入端le，其电连接所述的电磁制动装置；所述电源调制器通过电磁制动装置获取用户的制动指令并相应输出时序电流，使所述电动装置实现制动。
[0018]本实用新型中，所述驱动操控装置9a可设置为常规旋转把手式、推拉式操纵杆或其他任意人工控制方式，包括外置为遥控。
[0019]本实用新型中，所述电源调制器将直流电源转换为时序电流，使电动装置中的定子单元被限定在电源调制器设定的时域周期性地通电和断电。
[0020]本实用新型所述含有上述任一电动装置的电动车，包括车架4、电池组8和至少一个车轮，所述电动车至少设置一套所述的电动装置；所述电池组包括一次性使用的一次电池8a或可重复多次充电使用的二次电池组Sb，或两者组合设置。
[0021]所述电动车的车架任意；
[0022]所述电动车的车轮包括单轮毂以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。
[0023]优选的，所述一次电池8a和二次电池组Sb的组合设置包括电并联连接。
[0024]更优选的，所述电动车配置二次电池组8b时加装电能补充装置18，所述电能补充装置包括材料任意的一次电池8a与控制装置组合，或为内燃发电机与系统控制装置组合，或两者组合设置；电能补充装置通过逻辑充电装置17电连接二次电池组；所述的逻辑充电装置独立设置，或将其部分逻辑功能或全部逻辑功能集成于电源调制器I内。所述的增程系统包括电能补充装置和逻辑充电装置。
[0025]所述一次电池8a的控制装置至少包括一次电池启动装置；所述内燃发电机包括内燃机和发电机，所述系统控制装置至少包括内燃机启动及停止装置；所述内燃机的燃料任意；所述电能补充装置的组合设置，包括一次电池与控制装置、内燃发电机与控制装置各设置一套以上。所述逻辑充电装置至少包括充电控制装置，其设计亦可兼有一次电池的控制装置或/和发电机的电路控制装置的功能。
[0026]本实用新型还公开了一种前述电动装置的驱动方法，该方法由电源调制器通过所述转子单元3a和定子单元3b的位置关系输出时序电流控制电动装置转动；
[0027]所述时序根据转体旋转方向而定义，所述时序电流根据定子单元电磁场在转体上的有效作用区间结合转体上的转子单元个数而设置若干个通断周期T，每个通断周期T包括供电时域和断电时域；所述供电时域位于30度< Θ < 90度相应的时间段，所述Θ为转子单元绕轴所受电磁场吸引力与其法向分力的方向所形成的动态夹角；所述断电时域内电源调制器I不输出电流。
[0028]优选的，所述供电时域的电流不限波形、频率及占空比。
[0029]优选的，所述通电时域T1内初始的电流、电压或定子单元的磁通强度由传感装置获取转体转速实时值结合驱动操控装置9a给出的指令而调整。
[0030]优选的，所述方法还包括校正步骤；所述校正步骤为将定子单元与转子单元周期性隔气隙相对、处于同一法线的状态(Θ为O)作为基准座标和基准时间，当转子单元每次前转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归O校准并记录本次周期时间，通过与上次转子单元前转至基准座标的周期时间比较，从而获知转体旋转周期时间，并控制输出电流。
[0031]本实用新型还公开了所述电动装置的制动方法，该方法根据所述转子单元趋近定子单元、转子单元和定子单元处同一法线相对(Θ为O)以及处于远离状态的至少一个时域中，通过电磁制动装置9b使电源调制器I输出时序电流控制电动装置制动；
[0032]所述时序根据转体旋转方向而定义；所述转子单元趋近定子单元为O < Θ < 30度相应的时间段，所述Θ为转子单元在转体上绕轴所受电磁场吸引力与其法向分力的方向所形成的动态夹角。
[0033]优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将Θ为O作为基准座标和基准时间，通过传感装置获知转子单元趋近/相对/远离